[發(fā)明專利]單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510766040.1
• 申請日: 2015-11-11
• 公開（公告）號: CN105428212A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設計）人: 王書榮;李志山;蔣志;楊敏;劉濤;郝瑞婷
• 申請（專利權）人: 云南師范大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/477;H01L31/18
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技術領域

本發(fā)明涉及一種多元化合物單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法，用于制備薄膜太陽電池吸收層，屬于光電材料新能源技術領域。

背景技術

盡管銅銦鎵硒(CIGS)和碲化鎘(CdTe)太陽電池仍然是化合物半導體薄膜電池吸收層的主流材料，但因CIGS中其組成元素銦和鎵在自然界中含量少，屬于稀缺元素，且價格昂貴，而CdTe中因其Cd是重金屬元素，會對環(huán)境造成嚴重的威脅。因此，基于Ⅰ₂-Ⅱ-Ⅳ-Ⅵ₄的四元化合物半導體：Cu₂ZnSnS₄(CZTS),Cu₂ZnSnSe₄(CZTSe),和Cu₂ZnSn(S_1-xSe_x)₄，由于其組成元素在自然界中豐富且無毒，可以滿足TW級生產，且其價格相對較低。再者其屬于直接帶隙p型半導體，有高的吸收系數（＞10⁴cm^-1），帶隙可通過控制S/（S+Se）的比例0~1來調節(jié)使其在1.0eV~1.5eV之間。并且其太陽電池其理論效率可達32.2%，是一種有替代CdTe和Cu（In,Ga）Se₂(CIGS)的新型薄膜太陽電池材料。目前文獻報道的制備銅鋅錫硒薄膜的方法主要包括共蒸發(fā)和先制備預置層后硒化這兩種技術路線。其中共蒸發(fā)制備的薄膜質量較高，但是該技術最大的發(fā)展瓶頸是大面積共蒸發(fā)制備的薄膜均勻性差，難以獲得實際應用。預置層后硒化是先采用磁控濺射、電沉積等方法制備銅、鋅、錫三元合金預置層，然后再對預置層進行熱處理(硒化)，獲得銅鋅錫硒薄膜，這種方法易于實現(xiàn)薄膜的大面積制備，但存在預置層成分控制難、工藝復雜、流程長和重現(xiàn)性不好等問題。基于此考慮，本領域的研究人員希望通過簡化工藝難度、降低制備成本、提高工藝重現(xiàn)性來制備出優(yōu)質的銅鋅錫硒薄膜。

發(fā)明內容

有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種工藝簡便、成分可控、工藝流程短和可重現(xiàn)性好的制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法。

本發(fā)明所涉及的一種多元化合物單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法按以下步驟實施：

（1）襯底清洗：將鈉鈣玻璃依次用去污粉、丙酮、酒精、去離子水超聲清洗、并用重鉻酸鉀溶液浸泡30~60min后再用去離子水超聲清洗，并用氮氣吹干備用；

（2）將清洗好的鈉鈣玻璃放入磁控濺射系統(tǒng)里升溫至100~150℃烘烤30~60min，隨后在鈉鈣玻璃上沉積1μm的鉬背電極薄膜；

（3）銅鋅錫硒預置層薄膜的制備：利用磁控濺射系統(tǒng)，采用射頻磁控濺射技術以Cu-Zn-Sn-Se四元化合物作為靶材進行單靶濺射，沉積700~1000nm的銅鋅錫硒薄膜預置層；

（4）銅鋅錫硒薄膜吸收層的制備：將步驟（3）所制備的銅鋅錫硒薄膜預置層在氮氣或氬氣保護下升溫至530~570℃進行30~40min的退火處理，自然冷卻后得到銅鋅錫硒薄膜吸收層。

本發(fā)明采用一種多元化合物單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法中如步驟（1）所述的襯底需在重鉻酸鉀溶液浸泡30~90min；

本發(fā)明采用一種多元化合物單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法中如步驟（2）所述的所述襯底放入磁控濺射系統(tǒng)里升溫至100~150℃烘烤30~60min；

本發(fā)明采用一種多元化合物單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法中如步驟（3）所述的Cu-Zn-Sn-Se四元化合物中Cu、Zn、Sn和Se的原子比為2.5:1.5:1:4；

本發(fā)明采用一種多元化合物單靶濺射制備銅鋅錫硒薄膜吸收層的方法中如步驟（3）所述的銅鋅錫硒薄膜預制層厚度為700~1000nm。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的銅鋅錫硒薄膜吸收層的XRD圖；

圖2為實施例1所制備的銅鋅錫硒薄膜吸收層的Raman圖；

圖3為實施例1所制備的銅鋅錫硒薄膜吸收層的SEM圖；

圖4為實施例2所制備的銅鋅錫硒薄膜吸收層的XRD圖；

圖5為實施例2所制備的銅鋅錫硒薄膜吸收層的Raman圖；

圖6為實施例2所制備的銅鋅錫硒薄膜吸收層的SEM圖。

具體實施方式

實施例1